92
FESAC Mee)ng Monday 22 September 2014 Marrio: Washingtonian Hotel, Gaithersburg, MD Mark Koepke, West Virginia University FESAC Strategic Planning Panel Chair FESAC Strategic Planning (SP) Report Ini0a0ves and Primary/Suppor0ng Recommenda0ons from Priori0es Assessment and Budget Scenario Formula0on

FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

FESAC  Mee)ng  Monday  22  September  2014  

Marrio:  Washingtonian  Hotel,  Gaithersburg,  MD  

Mark  Koepke,  West  Virginia  University  FESAC  Strategic  Planning  Panel  Chair  

FESAC  Strategic  Planning  (SP)  Report  Ini0a0ves  and  Primary/Suppor0ng  Recommenda0ons  

from  Priori0es  Assessment  and  Budget  Scenario  Formula0on  

Page 2: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

FESAC  Strategic  Planning  (SP)  Report  

Strategic  planning  is  the  acceptable  process  for  making  investment  decisions  to  realize  the  mission  and  goals  of  a  program's  vision.  A  good  strategy  should  extend  a  li:le  bit  outside  the  comfort  zone.    True  strategy  is  about  placing  bets,  making  hard  choices,  and  maximizing  the  odds  for  success,  rather  than  minimizing  risk.  Good  strategic  development  involves  deciding  the  goals  that  are  worth  achieving,  what  it  would  take  to  achieve  them,  and  whether  or  not  they  are  realis)c.    The  ranking  of  strategic  priori)es  comprises  the  charge  to  the  FESAC  Strategic  Planning  Panel  where  the  priority  assessment  and  budget  scenarios  were  to  address  the  next  10  years  (2015  through  2024)  with  a  2025  vision.    

Ini0a0ves  and  Primary/Suppor0ng  Recommenda0ons  from  Priori0es  Assessment  and  Budget  Scenario  Formula0on  

Page 3: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Outline  of  Presenta)on  Discussion  of  charge  le:er  and  approach  taken  by  panel  Report  structure  Introduc)on  –  Forward  Look  SP  Panel  process  Ini)a)ves  and  primary/suppor)ng  recommenda)ons  Budgetary  considera)ons  Burning  Plasma  Science:  Founda'ons  Burning  Plasma  Science:  Long  Pulse  Discovery  Plasma  Science  Partnerships  with  Other-­‐Federal  and  Interna)onal  Research  Programs  Communica)on:  Community  white  papers  Communica)on:  Community  workshops  and  presenta)ons  Detailed  narra)ve  of  Leverage  and  Partner  opportuni)es  with  DOE,  other-­‐federal,  and  interna)onal  Summary  and  Discussion  

Page 4: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

FESAC  is  charged  to  assess  the  priori)es  among  con)nuing  and  poten)al  new  scien)fic,  engineering,  and  technical  research  program  investments  within  and  among  each  of  the  three  subprograms  in  FES’s  newly  structured  program:    •  the  science  of  predic0on  and  control  of  burning  plasmas  ranging  from  the  

strongly-­‐driven  state  to  the  self-­‐heated  state  (FOUNDATIONS),  •  the  science  of  fusion  plasmas  ,  plasma-­‐material  interac0ons,  engineering  and  

materials  physics  modeling  and  experimental  valida0on,  and  fusion  nuclear  science  approaching  and  beyond  ITER-­‐relevant  heat  fluxes  neutron  fluences,  and  pulse  lengths  (LONG  PULSE),  and    

•  the  study  of  laboratory  plasmas  and  the  high-­‐energy-­‐density  state  relevant  to  astrophysical  phenomena,  the  development  of  advanced  measurement  valida0on,  and  the  science  of  plasma  control  important  to  industrial  applica0ons  (DISCOVERY  PLASMA  SCIENCE).  

•  A  4th  subprogram  (HIGH  POWER),  establishing  the  scien)fic  basis  for  robust  control  of  the  self-­‐heated,  burning  plasma  state,  uses  ITER  as  the  keystone,  is  not  so  focused  on  domes)c  capabili)es,  and  is  not  emphasized  in  this  charge.  

FESAC  Strategic  Planning  (SP)  Panel    gathered  op)ons  for  ini)a)ves  and  recommenda)ons  

Page 5: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

So  that  FES  can  formulate  the  FES  strategic  plan  required  by  the  Fiscal  Year  2014  Omnibus  Appropria)ons  Act  by  mid-­‐January  2015,  the  DOE  Office  of  Science  (DOE-­‐SC)  asks  FESAC    •  to  priori)ze  between  the  FES  Program’s  subprogram  elements,    •  to  include  views  on  new  facili)es,  new  research  ini)a)ves,  and  

facility  closures,    •  to  establish  a  scien)fic  basis  for  advancing  fusion  nuclear  

science,    •  to  assess  poten)al  for  strengthened  or  new  partnerships  with  

other  federal  agencies  and  interna)onal  research  programs  that  foster  opportuni)es  otherwise  unavailable  to  FES-­‐supported  scien)sts,  and    

•  to  make  use  of  prior  studies  and  reports.  

FESAC  Strategic  Planning  (SP)  Panel    assessed  priori)es  and  priori)zed  ini)a)ves  

Page 6: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

This  is  an  extremely  important  charge  in  the  eyes  of  the  Office  of  Science  and  for  the  fusion  community,  with  high  visibility  to  policymakers  and  to  our  own  universi)es  and  na)onal  laboratories.      Built  into  the  process  was  the  commitment  to  having  the  panel  gather  informa'on  openly  and  deliberate  in  an  unencumbered,  unbiased,  and  independent  manner  that  minimizes  conflict  of  interest  issues  while  providing  the  best  technical  advice  for  the  charge.      The  priori)es  and  the  ini)a)ves  that  were  ranked  came  from  the  research  community.  The  Panel  did  not  cook  up  anything  new.  To  sa)sfy  the  budget  scenarios,  a  strategic  spectrum  of  subprogram  elements  were  able  to  be  accelerated  ahead  of  other  elements  while  balancing  facility  closure  with  new  facility  planning  and  expanded  collabora)ons.  

FESAC  SP  Panel  had  the  responsibility  and  intent  to  deliver  a  serious,  careful,  and  precise  response  to  the  charge  

Page 7: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  Communica)on  

This  website  supports  the  2014  FESAC  Strategic  Planning  Panel.  Led  by  Prof.  Mark  Koepke  (WVU,  Chair)  and  Prof.  Steve  Zinkle  (UT  -­‐  K,  Vice  Chair).  Fusion  Energy  Sciences  contact  at  DOE:  Sam  Barish  Members  of  the  subcommi:ee  are  listed  here.      Panel  Documents          Charge,  by  Patricia  Dehmer,  Ac)ng  Director,  Office  of  Science,  April  8,  2014          Presenta)on  at  FESAC,  by  E.  Synakowski,  Assoc  Director,  FES.  April  10,  2014          Mo)va)on  and  Process,  by  Prof.  Mark  Koepke,  FESAC  SP  Panel  Chair      Request  for  Input  Submi:ed  white  papers  received  by  the  FESAC  subcommi:ee  are  available  here.  Informa)on  on  Public  Mee)ngs,  June  3-­‐5  and  July  8-­‐10.          Click  here  to  see  the  detailed  mee)ng  schedule  for  3-­‐5  June.          Click  here  for  instruc)ons  to  remotely  connect  to  the  mee)ng,  using  Adobe  Connect.        Burning  Plasma  Science:  Long  Pulse,  June  3,  Tuesday,  (12  talks).    Discovery  Science,  June  4,  Wednesday,  (12  talks).    Burning  Plasma  Science:  Founda)ons,  June  5,  Thursday,  (12  talks).        Burning  Plasma  Science:  Founda)ons,  July  8-­‐10,  (12  talks/day):            AT  and  ST  Experiments,  Theory  and  Simula)on,  Plasma-­‐on-­‐Surface  Interac)on              Reference  Documents  and  Format  Guidance  for  White  Papers  and  Presenta)ons  

   

h:ps://www.burningplasma.org/ac)vi)es/?ar)cle=2014%20FESAC%20Strategic%20Planning%20Panel    

Page 8: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

FESAC  Strategic  Planning  (SP)  Panel  Member  List  Mark  Koepke:  Panel  Chair:  West  Virginia  Univ.  Discovery,  Partnerships,  APS-­‐DPP  Chair,  FESAC                                                                                                                                                          Chair  Steve  Zinkle:  Panel  Vice  Chair:  Univ.  Tennessee    Long  Pulse,  FESAC  Vice  Chair    

Kevin  J.  Bowers:  LANL  (guest  scien)st)  Founda)ons    Troy  Carter:  University  of  California  –  Los  Angeles  Founda)ons,  Discovery    Don  Correll:  Lawrence  Livermore  Na)onal  Lab  Discovery,  Partnerships    Ara;  Dasgupta:  Naval  Research  Laboratory  Discovery,  Partnerships    Chris  Hegna:  University  of  Wisconsin  –  Madison  Founda)ons,  Long  Pulse    William  “Bill”  Heidbrink:    Univ.  California  –  Irvine  Founda)ons    Stephen  Knowlton:  Auburn  University  (re)red)  Founda)ons,  Long  Pulse    Douglas  Kothe:  Oak  Ridge  Na)onal  Laboratory  Founda)ons,  Partnerships      

Stan  Milora:  Oak  Ridge  Na)onal  Lab  (re)red)  Long  Pulse,  Partnerships,  High  Power    David  E.  Newman:  University  of  Alaska  Founda)ons,  Discovery    Gert  Patello:  Pacific  Northwest  Na)onal  Laboratory  Long  Pulse,  Partnerships    

Don  Rej:  Los  Alamos  Na)onal  Laboratory  Long  Pulse,  Partnerships    Susana  Reyes:  Lawrence  Livermore  Na)onal  Lab  High  Power,  Long  Pulse    John  Steadman:    University  of  South  Alabama  FESAC  ex-­‐officio  member  represen'ng  IEEE  Partnerships    Karl  A.  Van  Bibber:  Univ.  California  –  Berkeley  Long  Pulse,  Partnerships    Alan  WooMon:  University  of  Texas-­‐Aus)n  (re)red)  Founda)ons,  Discovery,  Partnerships      Minami  Yoda:  Georgia  Ins)tute  of  Technology  FESAC  ex-­‐officio  member  represen'ng  ANS-­‐FED  Long  Pulse,  Partnerships  

Page 9: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Panel  unanimously  signed  the  report  

Page 10: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Burning  Plasma:  Founda'ons  Burning  Plasma:  Long  Pulse    Discovery  Plasma  Science    Partnerships  with  other-­‐federal  and  interna'onal  programs.    

The  eighteen  science  and  technology  Thrusts  from  the  2009  MFE-­‐ReNeW  Report  were  considered,  along  with  valuable  community  input  to  the  Panel  in  2014  through  presenta)ons,  Ques)on  &  Answer  sessions,  and  white  papers.      

Closely  related  Thrusts  that  addressed  an  overarching  topic  were  combined  as  an  Ini)a)ve.  Priori)za)on  of  the  Thrusts  in  terms  of  metrics  that  included  their  importance  to  Vision  2025  directly  led  to  formula)on  of  four  overarching  ini)a)ves.    These  four  highest  priority  Ini)a)ves  are  categorized  into  two  )ers.      

The  Panel  worked    in  four  subpanels  

Page 11: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

SP  Panel  thanks  the  research  community  The  Panel  members  are  indebted  to  the  research  community  for  its  thoughoul  previous  studies  and  its  broad  input  into  this  report.    The  Panel  considered  this  input,  leaving  no  op)on  off  the  table  and  resolving  conflicts  when  they  occurred,  to  reach  a  consensus  that  is  the  basis  for  the  recommended  10-­‐year  vision.    

The  U.S.  fusion  community  looks  forward  to  this  transforma)ve  era  in  fusion  research  that  will  lay  the  founda)ons  for  a  world-­‐leading  U.S.  subprogram  and  facility  in  fusion  nuclear  science.    

To  our  na)onal  and  interna)onal  colleagues,  the  Panel  conveys  a  hearoelt  thank  you.  We  appreciate  your  understanding  of  the  )ght  schedule  and  the  magnitude  of  the  charge.  

 

Page 12: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

TABLE  OF  CONTENTS    Preface  Execu've  Summary    1.  Introduc'on  and  Background      Fusion  Science  –  A  Forward  Look  Discussion  of  Charge  and  Panel  Approach  Ini)a)ves  and  Recommenda)ons        2.  Burning  Plasma  Science:  Founda'ons  Defini)on  and  status  Thrusts  Priori)es      Ini)a)ves  Where  we  are  in  2025  and  future  perspec)ve    3.  Burning  Plasma  Science:  Long  Pulse  Defini)on  and  status  Thrusts  Priori)es      Ini)a)ves  Where  we  are  in  2025  and  future  perspec)ve      

4.  Discovery  Plasma  Science  Defini)on  Status  Priori)za)on  and  Recommenda)ons      Budget  Scenarios  Where  we  are  in  2025  and  future  perspec)ve    5.  Partnerships  with  Other  Federal  and  Interna'onal  Programs  Introduc)on  Evalua)on  Process  and  Priori)za)on  Criteria  Federal  Partnership  Opportuni)es  ITER  Partnership  Interna)onal  Partnership  Opportuni)es  Ini)a)ve-­‐Relevant  Partnerships    6.  Budgetary  Considera'ons    Introduc)on  Facili)es  Implementa)on  Findings    Appendices      

Report  Structure  

Page 13: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Introduc)on  –  Forward  Look  

Page 14: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Fusion,  the  energy  source  that  powers  the  sun  and  stars,  promises  a  nearly  limitless  high-­‐density  energy  source  that  does  not  emit  greenhouse  gases.  Fusion  energy  could  fulfill  one  of  the  basic  needs  of  a  modern  civiliza)on:  abundant  energy  with  excellent  safety  features  and  modest  environmental  impact  that  is  available  to  all  na)ons.              The  quest  for  controlled  fusion  energy—  replica)ng  on  earth  the  energy  of  the  Sun—  is  a  scien)fic  grand  challenge.  Arer  six  decades  of  research,  magne)c  fusion  science  has  successfully  progressed  to  the  threshold  of  the  magne)c  fusion  energy  era.  This  is  an  era  characterized  by  burning  plasma,  steady-­‐state  opera)on,  advanced  materials  that  can  withstand  the  harsh  environment  inside  a  fusion  reactor,  and  safe  regenera)on  of  the  fusion  fuel  from  within  the  reactor.      

Fusion  Science:  Preface  

Page 15: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

At  the  same  )me  ITER  is  being  constructed,  interna)onal  colleagues  are  building  other  large-­‐scale  facili)es  with  capabili)es  that  complement  those  in  the  U.S..  These  new  interna)onal  facili)es  provide  two  opportuni)es  for  U.S.  fusion  science.    (1)  for  the  U.S.  to  ini)ate  and  grow  a  new  subprogram  in  fusion  nuclear  science,  including  the  design  of  a  facility  to  conduct  research  in  an  area  not  currently  being  addressed  interna)onally.    

(2)  for  the  U.S.  to  selec)vely  engage  in  interna)onal  collabora)ons  to  access  new  parameter  regimes  in  prepara)on  for  the  design  of  the  new  facility.    

   The  priori)es  presented  have  been  formulated  to  enhance  and  direct  areas  of  U.S.  scien)fic  and  engineering  leadership  in  coordina)on  with  rapidly  expanding  interna)onal  exper)se  and  capabili)es  to  realize  the  prospect  of  a  global  fusion  energy  future  at  the  earliest  realis)c  date.  This  report  provides  the  basis  of  that  plan  with  a  10-­‐year  vision  with  priority  research  recommenda)ons  to  allow  the  U.S.  to  make  decisive  contribu)ons  in  fusion  science  in  this  new  era.  

Fusion  Science:  Preface  (cont’d)  

Page 16: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Vision  2025:  U.S.  will  con)nue  as  a  world  leader  in  fusion  

Priori)es  resolve  ranked  scien)fic/technical  gaps      Scien)fic  opportuni)es  on  the  path  to  fusion  energy  development,  including  interna)onal  partnering,  are  pursued.      U.S.  program  transi)ons  to  a  fusion  energy  research  program  to  (1)   enable  successful  opera)on  of  ITER  with  significant  leading  

par)cipa)on  by  the  U.S.;    (2)   provide  the  scien)fic  basis  for  a  U.S.  Fusion  Nuclear  Science  

Facility  (FNSF);  and    (3)   create  a  U.S.  “Genera)on  ITER-­‐FNSF”  workforce  that  is  leading  

scien)fic  discoveries  and  technological  innova)on.    

Page 17: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

SP  Panel  Process  

Page 18: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Strategic  Planning  (SP)  panel  ac)vi)es  

FESAC  Strategic  Planning  (SP)  panel        Mee)ng-­‐Agenda  Timeline  Week  3  (30  April):  1st  SP  Teleconference:  Plans  for  Process  and  Gathering  Input  Week  6  (20  May):  2nd  SP  Teleconference:  Gathered  Input  –  relevant  reports  Week  8  (2-­‐6  June):  1st  SP  Mee'ng  –  3-­‐days  of  talks  (Tuesday,  Wed,  Thursday)  Week  13  (7-­‐11  July):  2nd  SP  Mee'ng  –  3-­‐days  of  talks  (Tuesday,  Wed,  Thursday)  Week  19  (20  August):  3rd  SP  Telecon:  Priority  Assessment  Week  20  (28  August):  4th  SP  Telecon:  Budget  Scenarios  Week  21  (2-­‐5  September):  3rd  SP  Mee'ng  –  no  talks,  panel  only  Week  24  (22-­‐23  September):  FESAC  Mee'ng  for  SP  Panel  Report  Approval    

   

Charge  issued:  8  April;  Koepke  requests  2-­‐month  deadline  extension  11  April;  Request  denied  14  April;  Subcommi:ee  finalized:  2  May;  Report  deadline:  1  Oct  h:ps://www.burningplasma.org/ac)vi)es/?ar)cle=2014    FESAC  Strategic  Planning  Panel    

Page 19: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Ini)a)ves  and  primary/suppor)ng  recommenda)ons  

Page 20: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Vision  2025:  Primary  Recommenda)on  1    

Control  of  Burning  Plasmas:      The  FES  experimental  subprogram  needs  an  integrated  and  priori)zed  approach  to  achieve  a  significant  leading  par)cipa)on  role  by  the  U.S.  on  ITER.  Specifically,  new  proposed  solu)ons  will  be  applied  to  two  long-­‐standing  and  ubiquitous  show-­‐stopping  issues,  relevant  for  tokamak-­‐based  burning  fusion  plasma.  The  issues  are:    (1)  dealing  with  unwanted  transients,  and    (2)  dealing  the  interac)on  between  the  plasma  boundary  and  material  walls.  

Page 21: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Vision  2025:  Primary  Recommenda)on  2    Fusion  Predic)ve  Modeling:      

FES  theory  and  simula)on  subprogram  should  develop  the  modeling  capability  to  understand,  predict,  and  control    

(a)  burning,  long-­‐pulse,  fusion  plasmas  and    (b)  plasma-­‐facing  components.      

Such  a  capability,  when  combined  with  experimental  opera)onal  experience,  will  maximize  ITER  opera)on  and  ITER-­‐results  interpreta)on  for  burning,  long-­‐pulse,  fusion  plasmas,  and  will  decide  the  necessary  requirements  for  future  fusion  facili)es.    This  endeavor  must  encompass  the  regions  from  plasma  core  through  to  the  edge  and  into  the  surrounding  materials,  and  requires  coupling  the  nonlinear,  mul)-­‐disciplinary,  mul)-­‐scale,  phenomena,  in  experimentally  validated,  theory-­‐based  models    

Page 22: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Vision  2025:  Primary  Recommenda)on  3    

Fusion  Nuclear  Science:      A  fusion  nuclear  science  subprogram  should  be  created  to  provide  the  science  and  technology  understanding  for  informing  decisions  on  the  preferred  plasma  confinement,  materials,  and  tri)um  fuel-­‐cycle  concepts  for  a  Fusion  Nuclear  Science  Facility  (FNSF),  a  proposed  U.S.-­‐based  interna)onal  centerpiece  beyond  2025.  FNSF’s  mission  is  to  u)lize  an  experimental  plasma  plaoorm  having  a  long-­‐dura)on  pulse  (up  to  one  million  seconds)  for  the  complex  integra)on  and  for  the  convergence  of  fusion  plasma  science  and  fusion  nuclear  science.    

Page 23: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Vision  2025:  Primary  Recommenda)on  4    

Discovery  Plasma  Science:      FES  stewardship  of  basic  plasma  research  should  be  accomplished  through  strengthening  of  peer-­‐reviewed  university,  na)onal  laboratory,  and  industry  collabora)ons.  In  order  to  realize  the  broadest  range  of  plasma  science  discoveries,  the  research  should  be  enhanced  through  federal-­‐agency  partnerships  that  include  cost-­‐sharing  of  intermediate-­‐scale,  collabora)ve  facili)es  

Page 24: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

The  experiments  available  to  implement  these  four  primary  recommenda)ons  are  located  both  in  the  U.S.  and  at  major  interna)onal  research  facili)es.      The  interna)onal  experiments  provide  both  access  to  unique  magne)c  geometries  and  to  long-­‐pulse  opera)ng  regimes  that  are  unavailable  in  the  U.S.  at  that  scale.    These  experiments  should  provide  informa)on  required  to  design  FNSF  and,  ul)mately,  a  fusion  demonstra)on  power  plant.        

Partnering  with  other-­‐federal  and  interna)onal  programs  

Page 25: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Tier  1:  •  Control  of  deleterious  transient  events      (Transients)  •  Taming  the  plasma-­‐material  interface        (Interface)    Tier  2:  •  Experimentally  validated  integrated  predic)ve  capabili)es                              (Predic've)  •  A  fusion  nuclear  science  subprogram  and  facility  (FNS)    Tier  1  Ini)a)ves  are  higher  priority  than  Tier  2  Ini)a)ves.    Within  a  )er,  the  priority  is  equal.  

     

Four  Ini)a)ves  

Page 26: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Undesirable  transients  in  tokamak  plasmas  are  ubiquitous,  but  tolerable,  occurrences  in  most  present-­‐day  experiments,  but  some  events  could  prove  too  limi)ng  to  regular  opera)on  of  an  experiment  without  frequent  shutdown  for  repairs.  To  reduce  the  threat  of  disrup)ons,  both  passive  and  ac)ve  control  techniques,  as  well  as  preemp)ve  plasma  shutdown  measures,  will  be  employed.      

Control  deleterious  transient  events  in  burning  plasmas:  Transients  Ini)a)ve  (Tier  1)    

Page 27: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Understanding  the  boundary  that  extends  from  the  high-­‐temp-­‐erature  plasma  core  to  the  surrounding  material  is  a  priority.    This  boundary  region  establishes  the  heat  and  par)cle  fluxes  incident  on  material  surfaces,  and  the  response  of  the  material  surfaces  influences  the  boundary.    Understanding,  accommoda)ng,  and  controlling  this  complex  interac)on,  while  maintaining  high  confinement,  is  a  prerequisite  for  ITER  success  and  for  designing  FNSF.      A  self-­‐consistent  solu)on  to  the  plasma-­‐materials  interface  challenge  requires  the  construc)on  of  a  prototypic  high-­‐power  and  high-­‐fluence  linear  divertor  simulator.  Results  from  this  facility  will  be  iterated  with  experimental  results  on  suitably  equipped  domes)c  and  interna)onal  tokamaks  and  stellarators,  as  well  as  in  numerical  simula)ons.    

Taming  the  plasma-­‐material  interface:  Interface  Ini)a)ve  (Tier  1)    

Page 28: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Next  decade  provides  an  opportunity  to  break  ground  in  integrated  predic)ve  understanding.    Tradi)onally,  Theory  and  Simula)on  model  isolated  pheno-­‐mena  based  on  mathema)cal  formula)ons  that  have  restricted  validity  regimes.  However,  there  are  crucial  situa)ons  where  the  coupling  between  the  validity  regime  and  the  phenomena  is  required,  which  implies  that  new  phenomena  can  appear.    Expanded  compu)ng  capabili)es,  enhancements  in  analy)c  theory,  and  the  use  of  applied  mathema)cs  is  required.      This  effort  must  be  connected  to  a  laboratory  experiments  and  diagnos)cs  to  provide  crucial  tests  of  theory  and  allow  for  valida)on.  

 

Experimentally  Validated  Integrated  Predic)ve  Capabili)es:  Predic)ve  Ini)a)ve  (Tier  2)    

Page 29: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

The  selec)ons  of  the  plasma  magne)c  configura)on  and  plasma  opera)onal  regimes  need  to  be  established  based  on  collabora)ve  long-­‐pulse,    high-­‐power  research  (domes)c  and  interna)onal  ).      Iden)fica)on  is  needed  of  a  viable  approach  to  a  robust  plasma-­‐materials  interface  that  provides  acceptably  high  heat  flux  capability  and  low  net  erosion  rates  without  impairing  plasma  performance  or  resul)ng  in  excessive  tri)um  entrapment.    Materials  research  needs  to  be  expanded  to  comprehend  and  mi)gate  neutron-­‐irradia)on  effects,  and  fuel-­‐cycle  research  is  needed  to  iden)fy  a  feasible  tri)um  genera)on  and  power-­‐conversion  concept.  A  fusion  materials  neutron-­‐irradia)on  facility  that  leverages  an  exis)ng  megawa:-­‐level  neutron  spalla)on  source  is  envisioned  as  a  highly  cost-­‐effec)ve  op)on.          

Fusion  Nuclear  Science:  FNS  Ini)a)ve  (Tier  2)  

Page 30: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

In  concert  with  the  ini)a)ves,  DPS  provides  transforma)onal  ideas.  DPS  research  seeks  to  address  the  wide  range  of  fundamental  science,  including  fusion,  outlined  by  the  NRC  Plasma  2010  report.  DPS  ac)vi)es  are  synergis)c  with  the  research  mission  of  other  federal  agencies  and  opportuni)es  exist  to  develop  and  expand  strategic  partnerships  between  FES  and  other  agencies.      Addressing  fundamental  science  ques)ons  at  the  fron)er  of  plasma  science  requires  a  spectrum  of  laboratory  experimental  facili)es  from  small-­‐scale  facili)es  with  a  single  principal  inves)gator  to  intermediate-­‐scale,  highly  collabora)ve  facili)es.    Interac)ons  between  larger  facili)es  found  at  na)onal  laboratories  and  small  and  intermediate  facili)es  can  advance  DPS  fron)ers,  and  enrich  the  training  the  next  genera)on  of  plasma  scien)sts  and  engineers.      

Discovery  Plasma  Science  

Page 31: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Budgetary  Considera)ons  for  Vision  2025  (1)  enable  successful  opera)on  of  ITER  with  significant  leading  

par)cipa)on  by  the  U.S.;    (2)   provide  the  scien)fic  basis  for  a  U.S.  Fusion  Nuclear  Science  

Facility  (FNSF);  and    (3)   create  a  U.S.  “Genera)on  ITER-­‐FNSF”  workforce  that  is  

leading  scien)fic  discoveries  and  technological  innova)on.      

Page 32: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Implementa)on  of  the  Ini)a)ves  are  )ed  to  the  four  Budget  Scenario  assump)ons    

Page 33: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

0,  -­‐$400M,  -­‐$780M,  -­‐$900M  in  the  integrated  funds  are  the  decrements  between  Scenarios  1,  2,  3,  and  4  (previous  page).  For  all  scenarios,  it  was  assumed  that  the  scien)fic  workforce  was  retained  in  the  event  of  a  facility  closure.  In  realloca)ng  funds  to  the  Ini)a)ves,  there  were  obvious  problems  with  )me  histories.  Closures  provide  a  sudden  reduc)on,  whereas  what  is  oren  required  for  a  new  Ini)a)ve  is  a  ramp.  For  the  first  ~5  years  (~2015  to  ~2020)  the  number  of  run  weeks  of  the  two  opera)ng  facili)es  (NSTX-­‐U  and  DIII-­‐D)  should  be  kept  significantly  higher  than  in  the  recent  past.  Between  ~2020  and  ~2025,  the  number  of  facili)es  should  be  at  least  one,  with  the  date  of  any  shut  down  (or  cold  storage)  being  dependent  on  budget  beyond  the  smooth  scenario.    If  two  facili)es  were  maintained  (perhaps  a  possibility  in  only  the  highest  budget,  Budget  Scenario  1),  the  opera)onal  availability  of  one  but  not  both  could  be  reduced.        

Implementa)on  

Page 34: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Construc)on  a  prototypic  high-­‐power  and  high-­‐fluence  linear  divertor  simulator  and  an  intense,  neutron-­‐irradia'on  source  leveraging  an  exis)ng  MW-­‐level  neutron  spalla)on  source,  are  recommended.    Resources  for  investments  in  plasma  technology  and  materials,  fusion  nuclear  science,    theory  and  simula'on;  and  DIII-­‐D  and/or  NSTX-­‐U  upgrades  should  come  from  a  major  facility,  or  facili)es,  being  closed,  mothballed,  and/or  reduced  in  run  weeks,  and/or  reconsidera)on  of  DPS  funding  alloca)ons.    For  all  budget  scenarios,  the  Panel  recommends:    •  increased  interna)onal  collabora)ons,  where  scien)fically  jus)fied,    •  the  opera)on  of  at  least  one  major  domes)c  plasma  machine,    •  the  simultaneous  opera)on  of  DIII-­‐D  and  NSTX-­‐U  for  of  order  5  years,  and    •  the  cessa)on  of  C-­‐Mod  opera)ons.        The  five-­‐year  opera)on  of  NSTX-­‐U  enables  considera)on  of  a  spherical  torus  magne)c  geometry  for  FNSF.  The  number  and  level  of  facili)es  opera)ng  between  years  5  and  10  is  budget  dependent.    It  is  crucial  that  scien)sts  and  engineers  from  the  MIT  Plasma  Science  and  Fusion  Center  par)cipate  in  the  proposed  Ini)a)ves  including  taking  leadership  roles.      

Vision  2025,  recommenda)ons,  and  ini)a)ves  will  require  redirec)on  of  resources  over  the  decade    

Page 35: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

•  2014  Modest  Growth  –Vision  2025  has  an  acceptable  probability  of  being  achieved.  Both  Tier  1  and  Tier  2  Ini)a)ves  go  forward,  informing  the  design  of  FNSF.  The  U.S.  features  prominently  in  four  areas:  Transients,  Interface,  Predic)ve,  and,  importantly,  FNS.      •  2014  Cost  of  Living  –  Vision  2025  can  be  met,  but  with  lower  probability,  with  probable  consequence  for  one  of  the  two  remaining  major  facili)es  or  for  DPS  funding.  Both  Tier  1  and  Tier  2  ini)a)ves  go  forward,  with  three  (Transients,  Interface,  Predic)ve)  being  emphasized.  If  necessary  the  Tier  2  Ini)a)ve  FNS  is  slowed  down.  The  U.S.  features  prominently  in  at  least  three  Ini)a)ve  areas  (Transients,  Interface,  Predic)ve),  with  the  possibility  of  featuring  prominently  in  the  FNS  Ini)a)ve.    Focused  effort  on  4  highest-­‐priority  ini)a)ves,  with  U.S.  strengths  in  diagnos)cs,  experiment,  theory,  simula)on,  and  computa)on,  can  support  a  vibrant  program  and  sets  stage  for  world  leadership  in  emerging  key  fusion  nuclear  science  research.  

Panel  explored  various  funding  scenarios  to  derive  credible  funding  profiles  for  the  highest  priority  research  ac)vi)es.    

Page 36: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

•  2014  Flat  –  Vision  2025  will  be  only  par)ally  met,  with  consequence  for  one  of  the  two  remaining  major  facili)es,  and  for  DPS.  The  two  Tier  1  Ini)a)ves  (Transients,  Interface)  and  one  Tier  2  Ini)a)ve  (Predic)ve)  go  forward,  but  the  Tier  2  Ini)a)ve  FNS  is  slowed.  The  U.S.  fusion  program  features  prominently  in  two,  possibly  three  Ini)a)ve  areas  (Transients,  Interface,  Predic)ve)  .  •  2015  Cost  of  Living  –  Vision  2025  will  be  par)ally  met,  but  a  second  Ini)a)ve  is  lost.  However,  the  U.S.  will  maintain  leadership  encompassed  by  the  two  Tier-­‐1  Ini)a)ves,  specifically  Transients  and  Interface.  The  necessary  delay  to  the  Ini)a)ves  FNS  and  Predic)ve  could  allow  interna)onal  partners  to  take  the  leading  role  in  these  areas  from  the  U.S.,  however  the  U.S.  could  feature  prominently  in  two  Ini)a)ve  areas  (Transients  and  Interface).            

Panel  explored  various  funding  scenarios  to  derive  credible  funding  profiles  for  the  highest  priority  research  ac)vi)es.    

Page 37: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

During  Phase  1,  both  NSTX  -­‐U  and  DIII-­‐D  should  be  available  for  ITER-­‐related  research,  for  assessing  FNSF  magne)c  geometry,  and  for  Transients  Ini)a)ve.  New  interna)onal  partnership  arise.  During  Phase  2,  at  least  one  of  NSTX-­‐U/DIII-­‐D  is  required  for  ITER-­‐related  research  and  for  Interface  and  Predic)ve  Ini)a)ves.    New  interna)onal  partnerships  on  superconduc)ng  tokamaks  and  stellarators  flourish.  Arer  ~2025,  1  facility  is  required  both  for  programma)c  research  and,  opera)ng  as  a  User  Facility,  for  DPS.    The  best  facility  for  beyond  ~2025  is  not  necessarily  the  same  as  the  best  facility  for  the  ~5  years  prior  to  ~2025.    If  this  is  the  case,  then  cold  storage,  i.e.,  mothballing,  should  be  considered.      Between  2015  and  2025,  the  DPS  program  is  strengthened  by  peer-­‐reviewed  univ.,  na)onal  lab,  and  industry  collabora)ons.  These  collabora)ons  will  be  enhanced  by  partnering  with  federal  agencies  and  by  cost-­‐sharing  collabora)ve,  intermediate-­‐scale  facili)es  in  order  to  realize  the  broadest  range  of  plasma  science  discoveries.    With  cost-­‐effec)ve  high-­‐impact  research  enabled  by  collabora)ons  and  partnerships,  the  DPS  program  will  train  a  U.S.  “Genera)on  ITER-­‐FNSF”  workforce  that  is  leading  scien)fic  discoveries  and  technological  innova)on.        

New  facili)es  are  required  for  Vision  2025  Ini)a)ves  

Page 38: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

2015:    Ini)ate  cessa)on  of  C-­‐Mod  opera)ons  2025:  Either  DIII-­‐D  or  NSTX-­‐U  opera)ng  as  a  na)onal  user  facility  for  Discovery  Plasma  Science  as  well  as  for  programma)c  objec)ves.  

 

Phase  I:      •  DIII-­‐D  opera)ng  and  informa)on  on  transient  mi)ga)on,  boundary  physics,  plasma  control,  and  other  ITER-­‐related  research  is  being  provided  •  NSTX-­‐U  opera)ng  and  informa)on  on  poten)al  path  to  a  FNSF-­‐ST,  boundary  physics,    and  on  ITER-­‐related  research  is  being  provided  •  Linear  divertor  simulator  under  construc)on  •  Predic)ve  Ini)a)ve  launched  and  grown  •  FNS  subprogram  ini)ated  •  Scien)fically  jus)fied  interna)onal  partnerships  are  increased  on  leading  interna)onal  superconduc)ng  advanced  tokamaks  and  stellarators    •  Expanded  integra)on  of  DPS  elements  are  facilitated  for  effec)ve  stewardship  of  plasma  science  

Timeline  for  Facili)es  and  Ini)a)ves  

Page 39: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

•  Interna)onal  partnerships  centered  on  leading  interna)onal  superconduc)ng  advanced  tokamaks  and  stellarators  •  Minimum  of  one  domes)c  facility  (DIII-­‐D,  NSTX-­‐U)  opera)ng  and  providing  informa)on  for  taming  the  Interface  Ini)a)ve    •  Linear  divertor  simulator  opera)ng  and  providing  informa)on    for  Interface  Ini)a)ve  •  Predic)ve  Ini)a)ve  is  fully  func)onal  and  providing  informa)on  for  the  Interface  Ini)a)ve  •  FNS  subprogram    on  science  and  technology  for  fusion  materials  thriving,  including  a  new  neutron-­‐irradia)on  capability  that  levers  an  exis)ng  high-­‐power  spalla)on  source  •  Priority  increasing  for  fusion  power  extrac)on,  and  tri)um  sustainability    •  DPS  collabora)ons  and  partnerships  are  advancing  the  fron)ers  of  DPS  knowledge  through  highly  levered  collabora)ve  facili)es.        

Phase  II:  

Page 40: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Burning  Plasma  Science:  Founda)ons  

Page 41: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

The  subprogram  Founda)ons  encompasses  fundamental  and  applied  research  pertaining  to  the  magne)c  confinement  of  plasmas  with  emphasis  on  ITER  and  future  burning  plasmas.  Both  experimental  and  theore)cal  contribu)ons  are  included  in  Founda)ons  with  the  key  objec)ves  being  to  establish  the  scien)fic  basis  for  the  op)miza)on  of  approaches  to  magne)c  confinement  fusion  based  on  the  tokamak  (including  the  spherical  torus),  develop  a  predic)ve  understanding  of  burning  plasma  behavior,  and  develop  technologies  that  will  enhance  the  performance  of  both  exis)ng  and  next-­‐step  machines.    

Founda)ons:  Defini)on  

Page 42: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Founda)ons  subprogram  elements  •  The  research  and  opera)ons  of  three  major  U.S.  machines,  the  DIII-­‐D  tokamak,  the  Na)onal  Spherical  Torus  Experiment  Upgrade  (NSTX-­‐U),  and  the  C-­‐MOD  tokamak.  Infrastructure  improvements  to  these  facili)es  are  included,  but  ac)vi)es  pertaining  to  steady-­‐state  opera)on  and  fusion  nuclear  science  are  part  of  the  Long  Pulse  category.    

•  Theory  and  Scien)fic  Discovery  Through  Advanced  Compu)ng  (SciDAC)  ac)vi)es.    

•  Smaller  tokamak  projects.  •  Hea)ng,  fueling  and  transient  mi)ga)on  research.    

Page 43: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

   Recommenda)on:    Maintain  the  strong  experimental  U.S.  focus  on  elimina0ng  and/or  mi0ga0ng  destruc0ve  transient  events  to  enable  the  high-­‐performance  opera0on  of  ITER.  Develop  improved  predic0ve  modeling  of  plasma  behavior  during  controlled  transient  events  to  explore  the  basis  for  the  disrup0on-­‐free  sustained  tokamak  scenario  for  FNSF  and  DEMO.        Recommenda)on:  Undertake  a  technical  assessment  with  community  experts  to  ascertain  which  exis0ng  facility  could  most  effec0vely  address  the  key  boundary  physics  issues.        Recommenda)on:  Maintain  and  strengthen  exis0ng  base  theory/simula0on  and  SCIDAC  subprograms  to  maintain  world  leadership  and  leverage  ac0vi0es  with  the  broader  applied  mathema0cs  and  computer  science  communi0es.        Recommenda)on:  Ensure  excellence  in  the  experimentally  validated  integrated  Predic0ve  Ini0a0ve  with  a  peer-­‐reviewed,  compe00ve  proposal  process.  A  community-­‐wide  process  is  needed  to  define  the  scope  and  implementa0on  strategy  for  realizing  a  whole-­‐device  predic0ve  model.        Recommenda)on:    Focus  research  efforts  on  studies  crucial  to  deciding  the  viability  of  the  ST  for  FNSF.              

Suppor)ng  Recommenda)ons  for  Founda)ons    

Page 44: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

ITER  research  is  benefi)ng  from  the  Transients  and  Interface  Ini)a)ves.      Accurate  predic)ons  of  average  heat  loads  to  the  divertor  and  pedestal  height  are  being  made.      ITER  discharge  behavior  can  be  modeled  sufficiently  to  predict  future  alpha-­‐heated  burning  ITER  plasmas.        Looking  beyond  2025,  the  advanced  control  and  sustainment  techniques  developed  on  DIII-­‐D  and  extended  to  tests  on  the  Asian  superconduc)ng  tokamaks  directly  contribute  to  the  ITER  mission’s  long-­‐pulse  discharges.  

   

The  Founda)ons  subprogram  in  2025    

Page 45: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Burning  Plasma  Science:  Long  Pulse  

Page 46: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

The  plasma  performance  achievable  in  current  or  recent  tokamak  and  stellarator  experiments,  characterized  by  the  fusion  figure-­‐of-­‐merit  nτET  incorpora)ng  the  plasma  density  n,  plasma  temperature  T,  and  overall  energy  containment  )me  τE,  generally  decreases  as  the  dura)on  of  the  plasma  increases.  The  category  of  Long  Pulse  research  encompasses  the  extension  of  high-­‐performance  plasmas  to  discharge  dura)ons  that  progressively  sa)sfy  the  goals  of  ITER  and  FNSF,  and  project  to  DEMO  and,  ul)mately,  to  steady-­‐state  fusion  power  plants.    

Long  Pulse:  Defini)on  

Page 47: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Fig.  4.1  in  FESAC’s  2012  report  on  Opportuni)es  in  Interna)onal  Collabora)on  

Graphical  Visualiza'on  of  Short  and  Long  Pulse-­‐Dura'on  Discharges  in  terms  of  Plasma-­‐Confinement  Performance    

Page 48: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Long  Pulse  subprogram  elements  •  The  research  and  opera)ons  of  DIII-­‐D,  Na)onal  Spherical  Torus  

Experiment  Upgrade  (NSTX-­‐U),  and  C-­‐Mod,  •  Long-­‐pulse  plasma  physics  research  using  stellarators  and  interna)onal  

superconduc)ng  tokamaks,  •  Ac)vi)es  in  the  theory  and  simula)on  and  the  Scien)fic  Discovery  

Through  Advanced  Compu)ng  (SciDAC)  subprograms  related  to  long-­‐pulse  plasma  opera)ons,  plasma  material  interac)ons,  and  fusion  nuclear  science  issues,    

•  Plasma-­‐material  interac)ons  (PMI)  and  high  heat  flux  (HHF)  research  for  plasma-­‐facing  components  during  long  pulse  opera)on,    

•  Materials  science  research  to  understand  and  mi)gate  property  degrada)on  phenomena  associated  with  intense  D-­‐T  fusion  neutron-­‐irradia)on  and  to  design  new  high-­‐performance  materials  to  enable  prac)cal  fusion  energy,    

•  Blanket  engineering  and  science  to  devise  solu)ons  for  crea)ng  and  reprocessing  the  tri)um  fuel  and  efficiently  u)lizing  the  deposited  heat  for  electricity  produc)on,  and  

•  Development  of  integrated  designs  and  models  for  a:rac)ve  fusion  power  concepts.    

Page 49: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

•  Design  and  build  the  advanced  mul)-­‐effects  linear  divertor  simulator  described  above  to  support  the  Interface  Ini)a)ve.    •  Design  and  build  a  new  fusion  materials  neutron-­‐irradia)on  facility  that  leverages  an  exis)ng  MW-­‐level  neutron  spalla)on  source  to  support  the  Fusion  Nuclear  Sciences  Ini)a)ve.    •  Invest  in  a  research  subprogram  element  on  blanket  technologies  and  tri)um  sustainability  that  will  advance  from  single-­‐effects  studies  to  mul)ple-­‐effects  and  interac)ons  studies.  

Suppor)ng  Recommenda)ons  for  Long  Pulse    

Page 50: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

•  The  Interface  and  FNS  Ini)a)ves  have  iden)fied  scien)fically  robust  solu)ons  for  long  pulse  DT  burning  plasma  machines.  •  The  advanced  linear  divertor  simulator  is  a  world-­‐leading  user  facility.  •  Using  a  fusion  materials  neutron-­‐irradia)on  test  stand,  the  preliminary  science  basis  for  materials  for  FNSF  and  DEMO  has  been  established.  •  FNSF  configura)on  is  decided;  design  is  underway  based  on  new  scien)fic  knowledge  of  highly  stable  long  pulse  plasma  configura)ons,  high  performance  materials  systems,  innova)ve  fusion  blanket  systems,  and  proven  tri)um  extrac)on  techniques.      •  Stellarator  plasmas  suitable  for  long-­‐pulse  opera)on  have  been  demonstrated  in  integrated  tests.  •  Principles  of  long-­‐pulse  advanced  tokamak  opera)on  are  established.        

The  Long  Pulse  subprogram  in  2025    

Page 51: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Discovery  Plasma  Science  

Page 52: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

The  subprogram  Discovery  Plasma  Science  stewards  plasma  innova)on  and  applica)ons  by  expanding  the  understanding  of  plasma  behavior  in  concert  with  training  the  next  genera)on  of  plasma  scien)sts  to  help  ensure  the  con)nua)on  of  U.S.  leadership.    

DPS:  Defini)on  

Page 53: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

•  General  Plasma  Science  (GPS):  FES  should  take  the  lead  in  exploring  mul0-­‐agency  partnering  for  GPS  ac0vi0es.  This  effort  should  include  funding  for  intermediate-­‐scale  facili0es  (as  discussed  in  the  NRC  Plasma  2010  report)  with  funding  for  construc0on,  opera0ons,  facility-­‐staff  research,  and  the  corresponding  user  research  program.      •  High  Energy  Density  Laboratory  Plasmas  (HEDLP):  FES  should  avail  itself  of  SC  and  NNSA  high-­‐energy-­‐density-­‐physics  user  facili0es,  within  the  context  of  the  NNSA-­‐SC  Joint  Program  in  HEDLP.  This  is  especially  true  for  the  FES  HEDLP  community  researchers  who  have  been  awarded  experimental  shot  0me,  much  as  FES  avails  itself  of  the  highly  successful  SciDAC  partnership  between  ASCR  and  FES.      •  Self-­‐Organized  Systems:  Elements  of  SO-­‐Systems  should  adopt  subprogram-­‐wide  metrics  and  3-­‐5-­‐year  peer  reviews  to  cul0vate  a  suite  of  capabili0es  that  explore  an  intellectually  broad  set  of  scien0fic  ques0ons  related  to  self-­‐organized  systems.      •  Diagnos)c  Measurement  Innova)ons:  FES  should  manage  diagnos0c  development  and  measurement  innova0on  to  have  a  coordinated  cross-­‐cu_ng  set  of  predic0ve  model  valida0on  ac0vi0es  across  all  DPS  subprogram  elements.          

Suppor)ng  Recommenda)ons  for  DPS    

Page 54: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

A  component  of  the  major  FES  facili)es  should  have  a  DPS  User  Community  role  per  the  SC  descrip)on  of  User  Facili)es  and  User  Programs.  

The  DPS  subprogram  in  2025    

Page 55: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Partnerships  with  Other-­‐Federal  and  Interna)onal  Research  Programs  

Page 56: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Suppor'ng  Recommenda'on:  Develop  a  mutually  beneficial  partnership  agreement  with  JT60-­‐SA  ,  similar  to  those  already  established  on  EAST  and  KSTAR,  that  will  allow  U.S.  Fusion  researchers  access  to  this  larger-­‐scale,  long-­‐pulse  device  in  support  of  the  report  ini0a0ves.  Suppor'ng  Recommenda'on  Develop  a  mutually  beneficial  partnership  with  BES  that  would  enable  fusion  materials  scien0sts  access  to  the  Spalla0on  Neutron  Source  for  irradia0on  studies.  Such  a  partnership  will  require  frequent  and  effec0ve  FES-­‐BES  communica0on,  strong  FES  project  management  that  adheres  to  Office  of  Science  Project  Management  best  prac0ces,  and  acceptable  mi0ga0on  of  opera0onal  risks.    There  are  poten)al  opportuni)es  for  U.S.  fusion  researchers  to  collabora)vely  access  unique  foreign  facili)es,  such  as:  (1)  large  scale  corrosion  and  thermo-­‐mechanical  test  loop  facili)es;  (2)  high  heat  flux  and  plasma  material  interac)on  facili)es,  tokamak  diverter  exposure  facili)es  (WEST,  EAST,  ASDEX,  etc;  (3)  future  possible  fusion  neutron  irradia)on  facili)es  such  as  IFMIF:  (4)  tri)um  facili)es;and  (5)  collabora)ons  with  opera)onal,  safety  and  regulatory  experts  on  how  to  best  develop  a  performance-­‐based  regulatory  basis  for  fusion  power  (Canada,  IAEA,  JET,  ITER).        

Partnerships  and  collabora)ons  in  2025    

Page 57: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Low  opportunity  corresponds  to  mee)ng  one  or  fewer  of  the  four  Panel  priori)za)on  criteria;  medium  meets  two  or  three  criteria;  high  meets  all  four  criteria.  

Federal  Programs  within  DOE  Office  of  Science  

Page 58: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Low  opportunity  corresponds  to  mee)ng  one  or  fewer  of  the  four  Panel  priori)za)on  criteria;  medium  meets  two  or  three  criteria;  high  meets  all  four  criteria.  

Other  DOE  Federal  Programs  

Page 59: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Low  opportunity  corresponds  to  mee)ng  one  or  fewer  of  the  four  Panel  priori)za)on  criteria;  medium  meets  two  or  three  criteria;  high  meets  all  four  criteria.  

Other  Federal  Programs  

Page 60: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Minimal  partnership  corresponds  to  fewer  than  two  scien)st  and  engineer  FTEs;  moderate  between  two  and  five  FTEs;  strong  greater  than  five  FTEs.  

Page 61: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  Communica)on  

Page 62: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Informa)on  and  guidance  in  submi}ng  input  was  provided  to  the  research  community  

Informa)on  on  the  charge  is  detailed  on  the  FIRE  website          (h:p://fire.pppl.gov)  under  "Fusion  Program  News".        To  access  reference  documents  and    to  receive  white-­‐paper  guidance,  please  see  the    following  website  kindly  arranged  and  hosted    by  the  U.S.  Burning  Plasma  Organiza)on:  h:ps://www.burningplasma.org/ac)vi)es/?ar)cle=2014  FESAC  Strategic  Planning  Panel    

Page 63: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  Communica)on  

This  website  supports  the  2014  FESAC  Strategic  Planning  Panel.  Led  by  Prof.  Mark  Koepke  (WVU,  Chair)  and  Prof.  Steve  Zinkle  (UT  -­‐  K,  Vice  Chair).  Fusion  Energy  Sciences  contact  at  DOE:  Sam  Barish  Members  of  the  subcommi:ee  are  listed  here.  Panel  Documents          Charge,  by  Patricia  Dehmer,  Ac)ng  Director,  Office  of  Science,  April  8,  2014          Presenta)on  at  FESAC,  by  E.  Synakowski,  Assoc  Director,  FES.  April  10,  2014          Mo)va)on  and  Process,  by  Prof.  Mark  Koepke,  FESAC  SP  Panel  Chair  Request  for  Input  Submi:ed  white  papers  received  by  the  FESAC  subcommi:ee  are  available  here.  Informa)on  on  Public  Mee)ngs,  June  3-­‐5  and  July  8-­‐10.          Click  here  to  see  the  detailed  mee)ng  schedule  for  3-­‐5  June.          Click  here  for  instruc)ons  to  remotely  connect  to  the  mee)ng,  using  Adobe  Connect.    Burning  Plasma  Science:  Long  Pulse,  June  3,  Tuesday,  (12  talks).    Discovery  Science,  June  4,  Wednesday,  (12  talks).    Burning  Plasma  Science:  Founda)ons,  June  5,  Thursday,  (12  talks).  

 Burning  Plasma  Science:  Founda)ons,  July  8-­‐10,  (12  talks/day):            AT  and  ST  Experiments,  Theory  and  Simula)on,  Plasma-­‐on-­‐Surface  Interac)on          Reference  Documents  and  Format  Guidance  for  White  Papers  and  Presenta)ons  

   

h:ps://www.burningplasma.org/ac)vi)es/?ar)cle=2014%20FESAC%20Strategic%20Planning%20Panel  

Page 64: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers  SP  Panel  received  95  White  Papers    

Page 65: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  Mohamed  Abdou,  Alice  Ying,  Sergey  Smolentsev,  and  Neil  B.  Morley  of  UCLA  Scien)fic  Framework  for  Advancing  Blanket/FW/Tri)um  Fuel  Cycle  Systems  towards  FNSF  &  DEMO  Readiness  –  Input  to  FESAC  Strategic  Plan  Panel  on  Blanket/FW  Research  Ini)a)ves  Ed  Barnat,  Sandia  Na)onal  Laboratories,  Albuquerque  N.M.  Dynamic  exploratory  clusters:  Facilita)ng  inter-­‐disciplinary  discovery  driven  research  L.R.  Baylor,  G.L.  Bell,  T.  S.  Bigelow,  J.  B.  Caughman,  R.  H.  Goulding,  G.R.  Hanson,  and  D.A.  Rasmussen,  ORNL,  J.  C.  Hosea,  G.  Taylor,  and  R.  Perkins,  PPPL,  J.  M.  Lohr,  P.  B.  Parks,  and  R.  I.  Pinsker,  GA,  G.  Nusinovich,  U.  of  Maryland,  M.  A.  Shapiro  and  R.  J.  Temkin,  MIT  Plasma  Controlling  and  Actua)on  Technologies  that  Enable  Long  Pulse  Burning  Plasma  Science  –  Status  and  Priori)es  R.  Boivin  (GA),  M.  Aus)n  (UT),  T.  Biewer  (ORNL),  D.  Brower  (UCLA),  E.  Doyle  (UCLA),  G.  McKee  (UW),  P.  Snyder  (GA)  Enhanced  Valida)on  of  Performance-­‐Defining  Physics  through  Measurement  Innova)on    

Page 66: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  Dylan  Brennan,  President,  UFA,  Phil  Ferguson,  ORNL,  Raymond  Fonck,  UWISC,  Miklos  Porkolab,  MIT,  Stewart  Prager,  PPPL,  Ned  Sauthoff  US  ITER,  Tony  Taylor,  GA  Perspec)ves  on  Ten-­‐Year  Planning  for  the  Fusion  Energy  Sciences  Program  USBPO  Diagnos)cs  Topical  Group:  David  L.  Brower,  Leader.  Theodore  M.  Biewer,  Deputy,  with  R.  Boivin,  R.  Moyer,  C.  Skinner,  D.  Thomas,  K.  Tritz,  and  K.  Young  A  Burning  Plasma  Diagnos)c  Ini)a)ve  for  the  US  Magne)c  Fusion  Energy  Science  Program  M.  R.  Brown,  represen)ng  P.  M.  Bellan,  S.  A.  Cohen,  D.  Hwang,  E.  V.  Belova.  Swarthmore  College  The  role  of  compact  torus  research  in  fusion  energy  science  Tom  Brown,  PPPL,  A  Personal  View  U.S.  Next  Step  Strategy  for  Magne)c  Fusion  C.  Denise  Caldwell,  NSF  MPS-­‐PHY  NSF'S  Plasma  Physics  Program  R.W.  Callis,  A.  Garofalo,  V.  Chan,  H.  Guo,  GA  Applied  Scien)fic  Research  to  Prepare  the  Technology  for  Blanket  and  Nuclear  Components  to  Enable  Design  of  the  Next-­‐Step  Burning  Plasma  Device  (Status)  

Page 67: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  R.W.  Callis,  A.  Garofalo,  V.  Chan,  H.  Guo,  GA  Applied  Scien)fic  Research  to  Prepare  the  Technology  for  Blanket  and  Nuclear  Components  to  Enable  Design  of  the  Next-­‐Step  Burning  Plasma  Device  (Ini)a)ve)  C.S.  Chang,  Princeton  Plasma  Physics  Laboratory  First-­‐Principles  Simula)on  of  the  Whole  Fusion  Physics  on  Leadership  Class  Computers,  in  collabora)on  with  ASCR  scien)sts  B.  Coppi,  MIT  Physics  The  High  Field  Compact  Line  of  Experiment:  From  Alcator  to  Ignitor  and  Beyond  R  Paul  Drake,  University  of  Michigan  Opportuni)es  and  Challenges  in  High-­‐Energy-­‐Density  Laboratory  Plasmas  R  Paul  Drake,  University  of  Michigan  Ini)a)ves  in  High-­‐Energy-­‐Density  Laboratory  Plasmas  Philip  C.  Erhimion,  PPPL  OFES  Stewardship  of  Plasma  Science  and  its  Partnering  and  Leveraging  Discovery  Science    

Page 68: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  R.  Fonck,  UWISC,  G.  McKee,  GA,  D.  Smith,  PPPL  Revitalizing  university  and  na)onal  facility  integra)on  in  Fusion  Energy  Science  W.  Fox,  A.  Bha:acharjee,  H.  Ji,  K.  Hill,  I.  Kaganovich,  and  R.  Davidson,  PPPL,  A.  Spitkovsky,  Princeton  U.,  D.D.  Meyerhofer,  R.  Be},  D.  Froula,  and  P.  Nilson,  U.  Rochester,  D.  Uzdensky  and  C.  Kuranz,  UMICH,  R.  Petrasso  and  C.K.  Li,  MIT  PSFC,  S.  Glenzer,  SLAC  Laboratory  astrophysics  and  basic  plasma  physics  with  high-­‐energy-­‐density,  laser-­‐produced  plasmas  E.  Fredrickson,  PPPL  Some  Recent  Advances  in  Understanding  of  Energe)c  Par)cle  Driven  Instabili)es  and  Fast-­‐ion  Confinement.  Andrea  M.  Garofalo  and  Tony  S.  Taylor,  GA  Leveraging  Interna)onal  Collabora)ons  to  Accelerate  Development  of  the  Fusion  Nuclear  Science  Facility  (FNSF)  S.  H.  Glenzer,  SLAC  Na)onal  Accelerator  Laboratory  US  leadership  in  Discovery  Plasma  &  Fusion  Science    

Page 69: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  R.  Goldston,  PPPL,  B.  LaBombard,  D.  Whyte,  M.  Zarnstorff,  MIT  PSFC  A  Strategy  for  Resolving  the  Problems  of  Plasma-­‐Material  Interac)on  for  FNSF  C.M.  Greenfield  for  the  U.S.  Burning  Plasma  Organiza)on  Posi)oning  the  U.S.  to  Play  a  Leading  Role  in  and  Benefit  from  a  Successful  ITER  Research  Program  Mar)n  Greenwald,  a  personal  view  Implica)ons  and  Lessons  from  2007  Strategic  Planning  Ac)vity  and  Subsequent  Events  H.Y.  Guo,  E.A.  Unterberg,  S.L.  Allen,  D.N.  Hill,  A.W.  Leonard,  P.C.  Stangeby,  D.M.  Thomas  and  DIII-­‐D  BPMIC  Team  Developing  Heat  Flux  and  Advanced  Material  Solu)ons  for  Next-­‐Step  Fusion  Devices  W.  Gu:enfelder,  E.  Belova,  N.N.  Gorelenkov,  S.M.  Kaye,  J.E.  Menard,  M.  Podesta,  Y.  Ren,  and  W.X.  Wang,  PPPL,  D.L.  Brower,  N.  Crocker,  W.A.  Peebles,  T.L.  Rhodes,  and  L.  Schmitz,  UCLA,  J.  Candy,  G.M.  Staebler,  and  R.E.  Waltz,  GA,  J.  Hillesheim,  CCFE,  C.  Holland,  UCSD,  J.H.  Irby  and  A.E.  White,  MIT,  J.E.  Kinsey,  CompX,  F.M.  Levinton  and  H.  Yuh,  Nova  Photonics,  M.J.  Pueschel,  UWisc  Valida)ng  electromagne)c  turbulence  and  transport  effects  for  burning  plasmas  G.W.  Hamme:,  PPPL,  with  input  from  C.S.  Chang,  S.  Kaye,  and  A.  H.  Hakim,  PPPL,  A.  Pletzer  and  J.  Cary,  Tech-­‐X  An  Advanced  Compu)ng  Ini)a)ve  To  Study  Methods  of  Improving  Fusion  

Page 70: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  R.  J.  Hawryluk  PPPL,  H.  Berk  UTEXAS,  B.  Breizman,  UTEXAS,  D.  Darrow,  PPPL,  R.  Granetz,  MIT,  D.  Hillis,  ORNL,  A.  Kritz,  LEHIGH,  G.  Navra),  COLUMBIA  U.,  T.  Rafiq,  LEHIGH,  S.  Sabbagh,  COLUMBIA  U,  G.  Wurden,  LANL,  and  M.  C.  Zarnstorff,  PPPL  US  Collabora)on  on  JET  D-­‐T  Experiments  David  N.  Hill,  LLNL  Develop  the  basis  for  PMI  solu)ons  for  FNSF  and  DEMO  Ma:hew  M.  Hopkins,  Sandia  Na)onal  Laboratories  Overcoming  Cultural  Challenges  to  Increasing  Reliance  on  Predic)ve  Simula)on  W.  Horton,  H.  L.  Berk,  C.  Michoski,  and  D.  Meyerson,  UTEXAS  Aus)n,  I.  Alvarado  and  L.  Wenzel,  Na)onal  Instruments,  Aus)n,  Texas,  A.  Molvik,  D.  Ryutov,  T.  Simonen,  and  B.  Hooper,  LLNL,  J.  F.  Santarius,  UWISC  A  Fusion  Science  Facility  to  Evaluate  Materials  for  Fusion  Reactors  P.  W.  Humrickhouse,  M.  Shimada,  B.  J.  Merrill,  L.  C.  Cadwallader,  and  C.  N.  Taylor,  Idaho  Na)onal  Laboratory  Tri)um  research  needs  in  support  of  long-­‐pulse  burning  plasmas:  gaps,  status,  and  priori)es  

Page 71: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  P.  W.  Humrickhouse,  M.  Shimada,  B.  J.  Merrill,  L.  C.  Cadwallader,  and  C.  N.  Taylor,  Idaho  Na)onal  Laboratory  Tri)um  research  needs  in  support  of  long-­‐pulse  burning  plasmas:  new  ini)a)ves  T.  R.  Jarboe,  C.  J.  Hansen,  A.  C.  Hossack,  G.  J.  Marklin,  K.  D.  Morgan,  B.  A.  Nelson,  D.  A.  Sutherland,  and  B.  S.  Victor  Helicity  Injected  Torus  (HIT)  Current  Drive  Program  Thomas  R.  Jarboe  PI,  Richard  Milroy  Co-­‐PI,  Brian  Nelson  Co-­‐PI,  and  Uri  Shumlak  Co-­‐PI,  University  of  Washington,  Carl  Sovinec  PI,  University  of  Wisconsin,  Eric  Held,  Utah  State,  Vyacheslav  Lukin,  NRL  Plasma  Science  and  Innova)on  Center  (PSI-­‐Center)  at  Washington,  Wisconsin,  Utah  State,  and  NRL  T.  R.  Jarboe,  C.  J.  Hansen,  A.  C.  Hossack,  G.  J.  Marklin,  K.  D.  Morgan,  B.  A.  Nelson,  R.  Raman,  D.  A.  Sutherland,  B.  S.  Victor,  and  S.  You  An  Imposed  Dynamo  Current  Drive  experiment:  studying  and  developing  efficient  current  drive  with  sufficient  confinement  at  high  temperature  For  SCIDAC:  S.  Jardin,  PPPL,  N.  Ferraro,  GA,  A.  Glasser,  UWash,  V.  Izzo,  UCSD,  S.  Kruger  TechX,  C.  Sovinec,  HRS  Fusion,  H.  Strauss,  UWISC  Increased  Understanding  and  Predic)ve  Modeling  of  Tokamak  Disrup)ons  

Page 72: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  H.  Ji  for  the  WOPA  Team  Ini)a)ve  for  Major  Opportuni)es  in  Plasma  Astrophysics  in  Discovery  Plasma  Science  in  Fusion  Energy  Sciences    H.  Ji,  PPPL,  C.  Forest,  UWISC,  M.  Mauel,  Columbia  U.,  S.  Prager,  PPPL,  J.  Sarff,  PPPL,  and  E.  Thomas,  Auburn  U.  Ini)a)ve  for  a  New  Program  Component  for  Intermediate-­‐-­‐scale  Experiments  in  Discovery  Plasma  Science  in  Fusion  Energy  Sciences    C.  E.  Kessel,  P.  W.  Humrickhouse,  N.  Morley,  S.  Smolentsev,  M.  E.  Rensink,  T.  D.  Rognlien  Cri)cal  Fusion  Nuclear  Material  Science  Ac)vi)es  Required  Over  the  Next  Decade  to  Establish  the  Scien)fic  Basis  for  a  Fusion  Nuclear  Science  Facility  C.  E.  Kessel,  J.  P.  Blanchard,  A.  Davis,  L.  El-­‐Guebaly,  N.  Ghoniem,  P.  W.  Humrickhouse,  A.  Khodak,  S.  Malang,  B.  Merrill,  N.  Morley,  G.  H.  Neilson,  F.  M.  Poli,  M.  E.  Rensink,  T.  D.  Rognlien,  A.  Rowcliffe,  S.  Smolentsev,  L.  Snead,  M.  S.  Tillack,  P.  Titus,  L.  Waganer,  A.  Ying,  K.  Young,  Y.  Zhai  Cri)cal  Fusion  Nuclear  Material  Science  Ac)vi)es  Required  Over  the  Next  Decade  to  Establish  the  Scien)fic  Basis  for  a  Fusion  Nuclear  Science  Facility  

Page 73: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  Mike  Kotschenreuther,  Swadesh  Mahajan,  Prashant  Valanju,  Brent  Covele,  and  Francois  Waelbroeck,  IFS,  University  of  Texas;  Steve  Cowley  UKAEA,  John  Canik  ORNL,  Brian  LaBombard  MIT,  Houyang  Guo,  GA  Taming  the  Heat  Flux  Problem,  Advanced  Divertors  towards  Fusion  Power  Predrag  Krs)ć,  Ins)tute  for  Advanced  Computa)onal  Science,  SBU,  Igor  Kaganovich,  Daren  Stotler,  Bruce  Koel,  PPPL  Priori)es:  Integrated  Mul)-­‐Scale  Divertor  Simula)on  Project  Predrag  Krs)ć,  Ins)tute  for  Advanced  Computa)onal  Science,  SBU,  Igor  Kaganovich,  Daren  Stotler,  Bruce  Koel  PPPL  Ini)a)ves:  Integrated  Mul)-­‐Scale  Divertor  Simula)on  Project  Mark  J.  Kushner,  UMICH,  EECS,  Co-­‐submi:ed  by  28  other  scien)sts,  at  22  other  loca)ons  A  Low  Temperature  Plasma  Science  Program:  Discovery  Science  for  Societal  Benefit  Brian  LaBombard,  MIT  PSFC  High  priority  divertor  and  PMI  research  on  the  pathway  to  FNSF/DEMO.  

Page 74: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  B.  LaBombard,  E.  Marmar,  J.  Irby,  J.  Terry,  R.  Vieira,  D.G.  Whyte,  S.  Wolfe,  S.  Wukitch,  N.  Asakura,  W.  Beck,  P.  Bonoli,  D.  Brower,  J.  Doody,  L.  Delgado-­‐Aparicio,  R.  Ellis,  D.  Ernst,  C.  Fiore,  R.  Granetz,  M.  Greenwald,  Z.S.  Hartwig,  A.  Hubbard,  J.W.  Hughes,  I.H.  Hutchinson,  C.  Kessel,  M.  Kotschenreuther,  S.  Krasheninnikiov,  R.  Leccacorvi,  Y.  Lin,  B.  Lipschultz,  S.  Mahajan,  J.  Minervini,  R.  Nygren,  R.  Parker,  F.  Poli,  M.  Porkolab,  M.L.  Reinke,  J.  Rice,  T.  Rognlien,  W.  Rowan,  D.  Ryutov,  S.  Sco:,  S.  Shiraiwa,  D.  Terry,  C.  Theiler,  P.  Titus,  G.  Tynan,  M.  Umansky,  P.  Valanju,  F.  Waelbroeck,  G.  Wallace,  A.  White,  J.R.  Wilson,  S.J.  Zweben  ADX:  a  high  field,  high  power  density  advanced  divertor  tokamak  experiment.    Mission:  Develop  and  demonstrate  plasma  exhaust  and  PMI  physics  solu)ons  that  scale  to  long  pulse  at  FNSF/DEMO  divertor  parameters.  T.C.  Luce,  R.J.  Bu:ery,  C.C.  Pe:y,  M.R.  Wade,  GA  Preparing  the  Founda)ons  for  Burning  Plasmas  and  Steady-­‐state  Tokamak  Opera)on  T.C.  Luce,  GA  Missions  and  Priori)es  for  the  US  Fusion  Program—the  Role  of  Burning  Plasma  and  Steady-­‐State  Tokamak  Physics  

Page 75: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  N.C.  Luhmann,  Jr.,  A.V.  Pham  (UC  Davis),  T.  Munsat  (U.  Colorado)  Advanced  Electronics  Development  for  Fusion  Diagnos)cs  R.  Maingi,  M.A.  Jaworski,  R.  Kaita,  R.  Majeski,  C.H.  Skinner,  and  D.P.  Stotler,  PPPL,  J.P.  Allain,  D.  Andruczyk,  D.  Currelli,  and  D.N.  Ruzic,  Princeton  University,  B.E.  Koel,  UIUC  A  Liquid  Metal  PFC  Ini)a)ve  E.  S.  Marmar,  on  behalf  of  the  MIT  Alcator  Team  Priori)es  and  Opportuni)es,  White  Paper  for  MIT/PSFC  10  Year  Research  Plan  E.  S.  Marmar,  on  behalf  of  the  MIT  Alcator  Team  Ini)a)ves  led  by  the  MIT  Plasma  Science  and  Fusion  Center:  Successful  Comple)on  of  Alcator  C-­‐Mod  and  Transi)on  to  a  New,  Advanced  Divertor  High-­‐Field  Tokamak  Facility  M.  Mauel,  D.  Garnier,  J.  Kesner,  P.  Michael,  M.  Porkolab,  T.  Roberts,  P.  Woskov,  Dept  of  Applied  Physics  and  Applied  Math,  Columbia  U.,  MIT  PSFC  Mul)-­‐University  Research  to  Advance  Discovery  Fusion  Energy  Science  using  a  Superconduc)ng  Laboratory  Magnetosphere  

Page 76: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  J.  Menard,  R.  Fonck,  R.  Majeski  for  the  NSTX-­‐U,  Pegasus,  and  LTX  research  teams  U.S.  Spherical  Tokamak  Program  Ini)a)ves  for  the  Next  Decade  T.  Munsat  (U.  Colorado),  N.C.  Luhmann,  Jr.  (UC  Davis),  B.  Tobias  (PPPL)  Center  for  Imaging  and  Visualiza)on  in  Tokamak  Plasmas  R.  R.  Parker,  G-­‐S.  Baek,  P.  T.  Bonoli,  B.  LaBombard,  Y.  Lin,  M.  Porkolab,  S.  Shiraiwa,  G.  M.  Wallace,  S.  J.  Wukitch,  D.  Whyte,  MIT  PSFC  RF  Actuators  for  Steady-­‐State  Tokamak  Development  C.  K.  Phillips  PPPL  and  P.  T.  Bonoli  MIT,  L.  A.  Berry,  XCEL,  N.  Bertelli,  PPPL,  D.  D’Ippolito,  Lodestar,  D.  L.  Green,  ORNL,  R.W.  Harvey,  CompX,  E.  F.  Jaeger,  XCEL,  J.  Myra,  Lodestar,  Y.  Petrov,  CompX,  M.  Porkolab,  S.  Shiraiwa,  MIT,  D.N.  Smithe,  TechX,  E.  J.  Valeo,  PPPL,  and  J.  C.  Wright,  MIT  Interna)onal  Collabora)ve  Ini)a)ve  for  RF  Simula)on  Models  in  support  of  ITER  and  the  ITER  Integrated  Modeling  Program:  Status  and  Priori)es  C.  K.  Phillips  PPPL  and  P.  T.  Bonoli  MIT,  L.  A.  Berry,  XCEL,  N.  Bertelli,  PPPL,  D.  D’Ippolito,  Lodestar,  D.  L.  Green,  ORNL,  R.W.  Harvey,  CompX,  E.  F.  Jaeger,  XCEL,  J.  Myra,  Lodestar,  Y.  Petrov,  CompX,  M.  Porkolab,  S.  Shiraiwa,  MIT,  D.N.  Smithe,  TechX,  E.  J.  Valeo,  PPPL,  and  J.  C.  Wright,  MIT  Interna)onal  Collabora)ve  Ini)a)ve  for  RF  Simula)on  Models  in  support  of  ITER  and  the  ITER  Integrated  Modeling  Program:  Proposed  Ini)a)ve  

Page 77: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  Leanne  Pitchford,  LAPLACE,  CNRS  and  University  of  Toulouse  III,  France  The  Plasma  Data  Exchange  Project  and  the  LXCat  Plaoorm  Leanne  Pitchford,  LAPLACE,  CNRS  and  University  of  Toulouse,  France  Resource  request  for  the  Plasma  Data  Exchange  Project  and  the  LXCat  plaoorm  M.  Podesta,  D.  Darrow,  E.  Fredrickson,  G.-­‐Y.  Fu1,  N.  Gorelenkov,  J.  Menard,  and  R.  White,  PPPL,  J.  K.  Anderson,  UWisc,  W.  Boeglin,  FIU,  B.  Breizman,  UTexas,  D.  Brennan,  Princeton  U.,  A.  Fasoli,  CRPP/EPFL,  Z.  Lin,  UCLA  Irvine,  S.  D.  Pinches  and  J.  Snipes,  ITER,  S.  Tripathi,  UCLA  LA,  M.  Van  Zeeland,  GA  Development  of  tools  for  understanding,  predic)ng  and  controlling  fast  ion  driven  instabili)es  in  fusion  plasmas  S.  Prager,  Princeton  Plasma  Physics  Laboratory  The  PPPL  Perspec)ve  on  Ten  Year  Planning  in  Magne)c  Fusion  R.  Prater,  R.I.  Pinsker,  V.  Chan,  A.  Garofalo,  C.  Pe:y,  M.  Wade,  GA  Op)mize  Current  Drive  Techniques  Enabling  Steady-­‐State  Opera)on  of  Burning  Plasma  Tokamaks  R.  Raman,  UWash,  T.R.  Jarboe,  UWash,  J.E.  Menard,  S.P.  Gerhardt  and  M.  Ono,  PPPL  Development  of  a  Fast  Time  Response  Electromagne)c  Disrup)on  Mi)ga)on  System  R.  Raman,  UWash,  T.R.  Jarboe,  and  B.A.  Nelson,  UWash,  T.  Brown,  J.E.  Menard,  D.  Mueller,  and  M.  Ono,  PPPL  Simplifying  the  ST  and  AT  Concepts  

Page 78: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  J.  Rapp,  D.L.  Hillis,  J.P.  Allain,  J.N.  Brooks,  H.Y.  Guo,  A.  Hassanein,  D.  Hill,  R.  Maingi,  D.  Ruzic,  O  Schmitz,  E.  Scime,  G.  Tynan  Material  Facili)es  Ini)a)ve:  MPEX  and  FMITS  S.A.  Sabbagh  and  J.M.  Hanson,  Columbia  U.,  N.  Commaux,  ORNL,  N.  Eidie)s,  R.  La  Haye,  and  M.  Walker,  GAVE,  S.P.  Gerhardt,  E.  Kolemen.  J.E.  Menard,  PPPL,  B.  Granetz,  MIT,  V.  Izzo,  UCSD,  R.  Raman,  U.  WASHINGTON,  S.  Woodruff,  Woodruff  Scien)fic  Cri)cal  Need  for  Disrup)on  Predic)on,  Avoidance,  and  Mi)ga)on  in  Tokamaks  Alla  Safronova,  Physics  Department,  University  of  Nevada  Significance  of  Atomic  Physics  for  Magne)cally  Confined  Fusion  and  High-­‐Energy-­‐Density  Laboratory  Plasmas,  Status,  priori)es,  and  ini)a)ves  white  paper  J.S.  Sarff,  A.F.  Almagri,  J.K.  Anderson,  D.L.  Brower,  B.E.  Chapman,  D.  Craig,  D.R.  Demers,  D.J.  Den  Hartog,  W.  Ding,  C.B.  Forest,  J.A.  Goetz,  K.J.  McCollam,  M.D.  Nornberg,  C.R.  Sovinec,  P.W.  Terry,  and  Collaborators  Opportuni)es  and  Context  for  Reversed  Field  Pinch  Research  Ann  Satsangi,  OFES  DOE  Discovery  Plasma  Science:  A  ques)on  on  Facili)es  

Page 79: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  T.  Schenkel,  P.  Seidl,  W.  Waldron,  A.  Persaud,  LBNL,  John  Barnard  and  Alex  Friedman,  LLNL,  E.  Gilson,  I.  Kaganovich,  and  R.  Davidson,  PPPL,  A.  Minor  and  P.  Hosemann,  University  of  California,  Berkeley  Discovery  Science  with  Intense,  Pulsed  Ion  Beams  Peter  Seidl,  Thomas  Schenkel,  Arun  Persaud,  and  W.L.  Waldron,  LBNL,  John  Barnard  and  Alex  Friedman,  LLNL,  Erik  Gilson,  Igor  Kaganovich,  and  Ronald  Davidson,  PPPL  Heavy-­‐Ion-­‐Driven  Iner)al  Fusion  Energy  David  R.  Smith,  UWISC  Data  science  and  data  accessibility  at  na)onal  fusion  facili)es  E.J.  Strait,  GA  Establishing  the  Basis  for  Sustained  Tokamak  Fusion  through  Stability  Control  and  Disrup)on  Avoidance:  (I)  Present  Status  E.J.  Strait,  GA  Establishing  the  Basis  for  Sustained  Tokamak  Fusion  through  Stability  Control  and  Disrup)on  Avoidance:  (II)  Proposed  Research  William  Tang,  PPPL  Validated  Integrated  Fusion  Simula)ons  Enabled  by  Extreme  Scale  Compu)ng  

Page 80: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  P.W.  Terry  UWISC,  Peter  Ca:o  MIT,  Nikolai  Gorelenkov  PPPL,  Jim  Myra  LODESTAR,  Dmitri  Ryutov  LLNL,  Phil  Snyder  GA,  and  F.  Waelbroeck  UTEXAS  Role  of  Analy)c  Theory  in  the  US  Magne)c  Fusion  Program  The  University  Fusion  Associa)on  The  Role  of  Universi)es  in  Discovery  Science  Mickey  R.  Wade,  GA,  for  the  DIII-­‐D  Team  Developing  the  Scien)fic  Basis  for  the  Burning  Plasma  Era  and  Fusion  Energy  Development,  (A  10-­‐Year  Vision  for  DIII-­‐D)  Anne  White,  Paul  Bonoli,  Bob  Granetz,  Mar)n  Greenwald,  Zach  Hartwig,  Jerry  Hughes,  Jim  Irby,  Brian  LaBombard,  Earl  Marmar,  Miklos  Porkolab,  Syun’ichi  Shiraiwa,  Rui  Vieira,  Greg  Wallace,  and  Graham  Wright,  MIT,  David  Brower,  Neal  Crocker,  and  Terry  Rhodes,  UCLA,  Walter  Gu:enfelder,  PPPL,  Chris  Holland,  UCSD,  Nathan  Howard,  ORISE,  George  McKee,  UWISC  A  new  research  ini)a)ve  for  “Valida)on  Teams”  G.  Wurden,  S.  Hsu,  T.  Intrator,  C.  Grabowski,  J.  Degnan,  M.  Domonkos,  P.  Turchi,  M.  Herrmann,  D.  Sinars,  M.  Campbell  ,  R.  Be}  ,  D.  Ryutov,  B.  Bauer,  I.  Lindemuth,  R.  Siemon,  R.  Miller,  M.  Laberge,  M.  Delage  Magneto-­‐Iner)al  Fusion  

Page 81: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  D.  Whyte,  MIT  Plasma  Science  and  Fusion  Center  Exploi)ng  high  magne)c  fields  from  new  superconductors  will  provide  a  faster  and  more  a:rac)ve  fusion  development  path  X.  Q.  Xu,  LLNL  Interna)onal  collabora)on  on  theory,  valida)on,  and  integrated  simula)on  J.  Freidberg,  E.  Marmar,  MIT,  H.  Neilson  ,  M.  Zarnstorff,  PPPL  The  Case  for  QUASAR  (NCSX)  Thomas  Klinger,  Hans-­‐Stephan  Bosch,  Per  Helander,  Thomas  Sunn  Pedersen,  Robert  Wolf  Max-­‐Planck  Ins)tute  for  Plasma  Physics  A  Perspec)ve  on  QUASAR  Thomas  Klinger,  Hans-­‐Stephan  Bosch,  Per  Helander,  Thomas  Sunn  Pedersen,  Robert  Wolf  Max-­‐Planck  Ins)tute  For  Plasma  Physics  Status  And  Prospects  Of  The  U.S.  Collabora)on  With  The  Max-­‐Planck  Ins)tute  For  Plasma  Physics  On  Stellarator  Research  On  The  Wendelstein  7-­‐X  Device  H.  Neilson,  D.  Gates,  M.  Zarnstorff,  S.  Prager,  PPPL  Management  Strategy  for  QUASAR  Members  of  the  Na)onal  Stellarator  Coordina)ng  Commi:ee  Control  of  High-­‐Performance  Steady-­‐State  Plasmas:  Status  of  Gaps  and  Stellarator  Solu)ons  

Page 82: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  White  Papers    Author(s)      Title  or  Subject  Members  of  the  Na)onal  Stellarator  Coordina)ng  Commi:ee  Solu)ons  for  Steady-­‐State  High  Performance  MFE:  A  U.S.  Stellarator  Program  for  the  Next  Ten  Years  Oliver  Schmitz,  UWISC,  on  behalf  of  U.S.  stellarator  collaborators  Development  of  3-­‐D  divertor  solu)ons  for  stellarators  through  coordinated  domes)c  and  interna)onal  research  Ma:  Landreman,  University  of  Maryland,  on  behalf  of  the  US  Stellarator  Coordina)ng  Commi:ee  3D  theory  and  computa)on:  A  cost-­‐effec)ve  means  to  address  “long-­‐pulse”  and  “control”  gaps  

Page 83: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Community  Workshops  and  Presenta)ons  

Page 84: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Tues  (12  talks)  3  June:    “Heat  Fluxes,  Neutron  Fluences,  Long  Pulse  Length”  [i.e.,  Burning  Plasma:  Long  Pulse]      0830  Fonck,  Perspec0ves  on  10-­‐Year  Planning  for  the  Fusion  Energy  Sciences  Program  0900  Kessel,  Cri0cal  Fusion  Nuclear  Material  Science  Ac0vi0es  Required  Over  the  Next    

 Decade  to  Establish  the  Scien0fic  Basis  for  a  Fusion  Nuclear  Science  Facility  0930  Abdou,  Scien0fic  Framework  for  Advancing  Blanket/FW/Tri0um  Fuel  Cycle  Systems    

 towards  FNSF  &  DEMO  Readiness    1000  Wirth  An  Integrated,  Component-­‐level  Approach  to  Fusion  Materials  Development  1030  Break  1045  Hill,  Develop  the  Basis  for  PMI  Solu0ons  for  FNSF  1115  Callis,  Applied  Scien0fic  Research  for  Blanket  and  Nuclear  Components  to  Enable    

 Design  of  the  Next-­‐Step  BP  Device  1145  Lunch  1345  Zarnstorff,  U.S.  strategies  for  an  innova0ve  stellarator-­‐based  FNSF    1415  Bugery,  Establishing  the  Physics  Basis  for  Sustaining  a  High  b  BP  in  Steady-­‐State  1445  Prater,  Op0mize  Current  Drive  Techniques  Enabling  S-­‐S  Opera0on  of  BP  Tokamaks  1515  Break  1535  Garofalo,  Leveraging  Interna0onal  Collabora0ons  to  Accelerate  FNSF  Development    1605  Harris,  Alterna0ves  and  prospects  for  development  of  the  U.S.  stellarator  program  1635  Landreman,  3D  theory  &  computa0on  as  a  major  driver  for  advances  in  stellarators  

Page 85: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Wednesday  (12  talks)  4  June:    ““Astrophysical  Phenomena,  Plasma  Control  Important  for  Industrial  Applica0ons”    [i.e.,  Discovery  Science]      0840  Glenzer,  High-­‐Energy  Density  science  at  4th  genera0on  Light  Sources  0910  Seidl,  Heavy-­‐Ion-­‐Driven  Iner0al  Fusion  Energy  0940  Schenkel,  Discovery  Science  with  Intense,  Pulsed  Ion  Beams  1010  Break  1030  Jarboe,  A  pre-­‐Proof-­‐of-­‐Principle  experiment  of  a  spheromak  formed  and    

 sustained  by  Imposed  Dynamo  Current-­‐Drive  (IDCD)  1100  Ji,  Major  Opportuni0es  in  Plasma  Astrophysics    1130  Lunch  1315  Petrasso,  Oppositely  directed  laser  beams  at  OMEGA-­‐EP  for  advancing  HED    

 Physics:  A  Finding  &  Recommenda0on  of  the  Omega  Laser  Users  Group  1345  Fox,  Lab  astrophysics  &  basic  plasma  physics  with  HED,  laser-­‐produced  plasmas  1415  Drake,  R.  P,  Challenges  and  Opportuni0es  in  High-­‐Energy-­‐Density  Lab  Plasmas  1445  Break  1505  Kushner,  Science  Issues  in  Low  Temperature  Plasmas:    Overview,  Progress,  Needs  1535  Raitses,  Plasma  Science  Associated  with  Modern  Nanotechnology  1605  Donnelly,  Igni0on  Delays  in  Pulsed  Tandem  Induc0vely  Coupled  Plasmas  System  1635  Kaganovich,  DoD’s  Mul0-­‐Ins0tu0on  Collabora0ons  for  Discovery  Science  

Page 86: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Thurs  (12  talks)  5  June:    “Discovery  Science,  Advanced  Measurement  for  Valida0on,”  [i.e.,  Discovery  Science]      0840  Wurden,  Long-­‐pulse  physics  via  interna0onal  stellarator  collabora0on  0910  Schmitz,  Development  of  3-­‐D  divertor  solu0ons  for  stellarators  through    

 coordinated  domes0c  and  interna0onal  research  0940  Krs'c,  Mul0scale,  integrated  divertor  plasma-­‐material    simula0on  1010  Break  1030  Sarff,  Opportuni0es  and  Context  for  Reversed  Field  Pinch  Research  1100  Mauel,  Mul0-­‐University  Research  to  Advance  Discovery  Fusion  Energy  Science    

 using  a  Superconduc0ng  Laboratory  Magnetosphere  1130  Lunch  1315  Ji,  Importance  of  Intermediate-­‐scale  Experiments  in  Discovery  Plasma  Science  1345  Eihimion,  Office  of  Science  Partnerships  and  Leveraging  of  Discovery  Science  1415  Brennan,  The  Role  of  Universi0es  in  Discovery  Science  in  the  FES  Program  1445  Break  1505  Whyte,  Exploi0ng  high  magne0c  fields  from  new  superconductors  will  provide  

   a  faster  and  more  ahrac0ve  fusion  development  path  1535  Minervini,  Superconduc0ng  Magnets  Research  for  a  Viable  U.S.  Fusion  Program  1605  Parker,  RF  Actuators  for  Steady-­‐State  Tokamak  Development  1635  LaBombard,  A  na0onally  organized,  advanced  divertor  tokamak  test  facility  is    

 needed  to  demonstrate  plasma  exhaust  and  PMI  solu0ons  for  FNSF/DEMO    

Page 87: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Tuesday  July  8  Mee'ng  (16  talks):  0830  Zohm,  ASDEX-­‐Upgrade  0905  Horton,  JET  0940  Guo,  EAST  1015  Break    1045  Kwak,  KSTAR  1120  Kamada,  The  JT-­‐60SA  research  regimes  for  ITER  and  DEMO  1155  Litaudon,  EUROfusion  Roadmap  1225  Litaudon,  WEST  facility  1300  Lunch  1415  Menard,  NSTX-­‐U:  ST  research  to  accelerate  fusion  development    1445  Majeski,  LTX:  Exploring  the  advantages  of  liquid  lithium  walls  1515  Fonck,  Ini0a0ves  in  non-­‐solenoidal  startup  and  edge  stability  dynamics  at  near-­‐unity  aspect  ra0o  in  the  PEGASUS  experiment    1545  Break  1600  Marmar,  Successful  comple0on  of  Alcator  C-­‐Mod,  and  transi0on  to  a  new,  advanced  divertor  facility  (ADX)  to  solve  key  challenges  in  PMI  and  development  of  the  steady-­‐state  tokamak:  Maintaining  world-­‐leadership  on  the  high  magne0c  field  path  to  fusion  1630  Wade,  DIII-­‐D  10-­‐year  vision:  Develop  the  scien0fic  basis  for  burning  plasma  experiments  and  fusion  energy  development  1700  Raman,  Simplifying  the  ST  and  AT  concepts  1730  Guo,  Developing  plasma-­‐based  divertor  solu0ons  for  next  step  devices  1800  Coppi,  The  high-­‐field  compact  line  of  experiments:  From  Alcator  to  Ignitor  &  beyond  1830  Freidberg,  MIT-­‐PSFC  makes  the  case  for  QUASAR    

Page 88: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Wednesday  July  9  Mee'ng  (15  talks):  0830  Greenwald,  Implica0ons  and  lessons  from  2007  strategic  planning  ac0vity  and  subsequent  events:  A  personal  view  0900  Meade,  U.S.  road  map  ac0vity  0930  Taylor,  A  U.S.  domes0c  program  in  the  ITER  era  1000  Greenfield,  USBPO  high  priority  research  in  support  of  ITER  1030  Break  1100  Boivin,  Enhanced  Valida0on  of  Performance-­‐Defining  Physics  through  Measurement  Innova0on  1130  White,  Advanced  diagnos0cs  for  valida0on  in  high-­‐performance  toroidal  confinement  experiments  1200  Crocker,  Valida0ng  electromagne0c  turbulence  and  transport  effects  for  burning  plasmas    1230  Brower,  A  burning  plasma  diagnos0c  technology  ini0a0ve  for  the  U.S.  magne0c  fusion  energy  science  program  1300  Lunch    1445  Pegy,  Preparing  for  burning  plasma  opera0on  and  exploita0on  in  ITER  1515  Sabbagh,  Cri0cal  need  for  disrup0on  predic0on,  avoidance,  and  mi0ga0on  in  tokamaks  1545  Strait,  Stability  control,  disrup0on  avoidance,  and  mi0ga0on  1615  Jardin,  Increased  understanding  and  predic0ve  modeling  of  tokamak  disrup_ons  1645  Break  1700  Podesta,  Development  of  tools  for  understanding,  predic0ng  and  controlling  fast-­‐ion-­‐driven  instabili0es  in  burning  plasmas  1730  Fu,  Integrated  simula0on  of  performance-­‐limi0ng  MHD  and  energe0c  par0cle  instabili0es  with  micro-­‐turbulence  1800  Goldston,  A  strategy  for  resolving  problems  of  plasma-­‐material  interac0on  for  FNSF  

Page 89: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Thursday  July  10  Mee'ng  (16  talks)  0830  Tang,  Validated  integrated  fusion  simula0ons  enabled  by  extreme  scale  compu0ng  0900  Snyder,  Crossing  the  threshold  to  predic0on-­‐driven  research  and  device  design    0930  Hammeg,  Integrated  compu0ng  ini0a0ve  to  predict  fusion  device  performance  and  study  possible  improvements  1000  Chang,  First-­‐principles  simula0on  of  whole  fusion  device  on  leadership  class  high-­‐performance  computers  in  collabora0on  with  ASCR  scien0sts  1030  Break    1100  Xu,  Interna0onal  collabora0on  on  theory,  valida0on,  and  integrated  simula0on    1130  Phillips,  Interna0onal  collabora0ve  ini0a0ve  for  RF  simula0on  models  in  support  of  ITER  and  the  ITER  integrated  modeling  program  1200  Cago,  Unique  opportuni0es  to  advance  theory  and  simula0ons  of  RF  hea0ng  &  current  drive  and  core  &  pedestal  physics  at  reactor  relevant  regimes  in  the  Advanced  Divertor  Experiment  1230  Terry,  Role  of  analy0c  theory  in  the  U.S.  magne0c  fusion  program  1300  Lunch    1415  Hillis,  Materials  facili0es  ini0a0ve  1445  Unterberg,  Advanced  Materials  Valida0on  in  Toroidal  Systems  for  Next-­‐Step  Devices    1515  Maingi,  A  liquid-­‐metal  plasma-­‐facing-­‐component  ini0a0ve    1545  Jaworski,  Liquid  metal  plasma-­‐material  interac0on  science  and  component  development  toward  integrated  demonstra0on  1615  Allain,  Establishing  the  surface  science  and  engineering  of  liquid-­‐metal  plasma-­‐facing  components    1645  Break  1700    Baylor,  Plasma  controlling  and  sustainment  technologies  that  enable  long-­‐pulse  burning  plasma  science  1730  Gekelman,  The  Basic  Plasma  Science  Facility  –  Upgrade  for  the  next  decade  &  beyond  1800  Prager,  The  PPPL  perspec0ve  on  the  charge  to  the  FESAC  strategic  planning  panel  

Page 90: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Conclusion  and  Summary  

Page 91: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

Conclusion  and  Summary  

Page 92: FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report · 2014-09-25 · FESAC&Strategic&Planning&(SP)&Report Strategic&planning&is&the&acceptable&process&for&making&investment decisions&to&realize&the&mission&and&goals&of&aprogram's

End